Метрологические характеристики средств измерений. Классы точности средств измерений

1.

Средства измерений, их
классификация. Принципы
выбора средств измерений.
Метрологические
характеристики средств
измерений. Классы точности
средств измерений.

2.

Средство
измерений
техническое
средство,
предназначенное для измерений, имеющее нормированные
метрологические характеристики, воспроизводящее и (или)
хранящее единицу физической величины, размер которой
принимают неизменным (в пределах установленной погрешности,
в течение известного интервала времени.
Если размер единицы в процессе измерений изменяется
более чем установлено нормами, таким средством нельзя
получить результат с требуемой точностью.
Средства измерений включают в себя меры, измерительные
преобразователи, измерительные приборы, измерительные
установки, измерительные системы.
Мера.
К
мерам
относятся
средства
измерений,
предназначенные для воспроизведения и (или) хранения
физической величины одного или нескольких заданных размеров,
значения которых выражены в установленных единицах и
известны с необходимой точностью.

3.

Существуют следующие разновидности мер:
- однозначная мера - мера, воспроизводящая физическую
величину одного размера (например, гиря 1кг);
- многозначная мера - мера, воспроизводящая физическую
величину разных размеров (например, штриховая мера длины);
- набор мер - комплект мер разного размера одной и той же
физической величины, предназначенных для применения, как в
отдельности, так и в различных сочетаниях (набор гирь);
- магазин мер - набор мер, конструктивно объединенных в единое
устройство с приспособлениями для соединения их в различных
комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).
Измерительный преобразователь - это техническое средство с
нормированными
метрологическими
характеристиками,
служащее для преобразования измеряемой величины в другую
величину или измерительный сигнал, удобный для обработки,
хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.
Измерительные преобразователи являются конструктивно
обособленными элементами и самостоятельно для измерений не
применяются. Они входят в состав измерительной установки,
измерительной системы или применяются вместе с каким-либо
средством
измерений
(например,
термоэлектрический
преобразователь).

4.

Измерительный прибор - это средство измерений, предназначенное
для получения значений измеряемой физической величины в
установленном диапазоне. По способу индикации значений измеряемой
величины измерительные приборы разделяются на показывающие и
регистрирующие. Различают также приборы прямого действия и приборы
сравнения, аналоговые и цифровые, самопишущие и печатающие
приборы.
Измерительная
установка
совокупность
функционально
объединенных
мер, измерительных
приборов,
измерительных
преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений
одной или нескольких физических величин и расположенная в
конкретном месте (например, установка для поверки счетчиков
электрической энергии).
Измерительная
система
совокупность
функционально
объединенных
мер,
измерительных
приборов,
измерительных
преобразователей, ЭВМ и других технических средств. Они размещаются в
разных точках контролируемого объекта с целью измерений одной или
нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и
выработки измерительных сигналов в разных целях (например,
измерительная система электростанции, позволяющая получить
измерительную информацию о ряде физических величин в разных
энергоблоках). В зависимости от назначения измерительные системы
разделяют на информационные, контролирующие и управляющие.

5.

Метрологические свойства средств измерений – это свойства,
влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели
метрологических
свойств
являются
их
количественной
характеристикой
и
называются
метрологическими
характеристиками.
Все метрологические свойства средств измерений можно
разделить на две группы:
- свойства, определяющие область применения средств
измерений;
- свойства, определяющие качество измерения.
К основным метрологическим характеристикам, определяющим
свойства первой группы, относятся диапазон измерений и порог
чувствительности.
Диапазон измерений – область значений величины, в пределах
которых нормированы допускаемые пределы погрешности.
Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу
или сверху (слева или справа), называют соответственно нижним
или верхним пределом измерений.
Порог чувствительности – наименьшее изменение измеряемой
величины, которое вызывает заметное изменение выходного
сигнала. Например, если порог чувствительности весов равен 10 мг,
то это означает, что заметное перемещение стрелки весов

6.

К метрологическим свойствам второй группы относятся три главных
свойствах, определяющих качество измерений: точность, сходимость
измерений и воспроизводимость.
Точность
измерений
средств
измерений
определяется
их
погрешностью.
Погрешность – это разность между показаниями средств измерений и
истинным (действительным) значением измеряемой физической величины.
Поскольку истинное значение физической величины неизвестно, то на
практике пользуется ее действительным значением, то есть значением
физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько
близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче
может быть использовано вместо него. Такое значение, обычно,
вычисляется как среднестатистическое значение, полученное при
статистической обработке результатов серии измерений. Это полученное
значение не является точным, а лишь наиболее вероятным. Поэтому в
измерениях необходимо указывать, какова их точность. Для этого вместе с
полученным результатом указывается погрешность измерений. Например,
запись T=2,8±0,1 c. означает, что истинное значение величины T лежит в
интервале от 2,7 с. до 2,9 с. с некоторой оговорённой вероятностью.
Наибольшее распространение получили метрологические свойства,
связанные с абсолютными и относительными погрешностями.
Точность измерений средств измерений – качество измерений,
отражающее близость их результатов к действительному (истинному)
значению измеряемой величины. Точность определяется показателями
абсолютной и относительной погрешности.

7.

Точность может быть выражена обратной величиной погрешности – 1/8.
Если погрешность = 0,1% или 0,001 = 10-3, то точность равна 103.
Систематическая погрешность – составляющая погрешности результата
измерения, остающаяся постоянной (или же закономерно изменяющейся) при
повторных измерениях одной и той же величины. Ее примером может быть
погрешность градуировки. Если эта погрешность известна, то ее исключают из
результатов разными способами, в частности введением поправок. При
нормировании систематической составляющей погрешности средства
измерения
устанавливают
пределы
допускаемой
систематической
погрешности средства измерения –Δ. Величина систематической погрешности
определяет такое метрологическое свойство, как правильность измерений
средств измерений.
Случайная погрешность – составляющая погрешности результата
измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии
повторных измерений одного и того же размера величины с одинаковой
тщательностью. В появлении этого вида погрешности не наблюдается какойлибо закономерности. Они неизбежны и неустранимы, всегда присутствуют в
результатах измерения. При многократном и достаточно точном измерении
они порождают рассеяние результатов.
Характеристиками рассеяния являются средняя арифметическая
погрешность, дисперсия, размах результатов измерения. Поскольку рассеяние
носит вероятностный характер, то при указании на значения случайной
погрешности задают вероятность.

8.

Методика выполнения измерений.
Это совокупность операций и правил, выполнение которых
обеспечивает получение результатов измерений с известной
погрешностью. Как видно из определения, под МВИ понимают
технологический процесс измерений. МВИ - это, как правило,
документированная измерительная процедура. МВИ в зависимости
от сложности и области применения излагают в следующих формах:
отдельном документе (стандарте, рекомендации и т.п.); разделе
стандарта: части технического документа (разделе ТУ, паспорта).
Аттестация МВИ - процедура установления и подтверждения
соответствия МВИ предъявляемым к ней метрологическим
требованиям.
В документах, регламентирующих МВИ, в общем случае указывают:
назначение МВИ; условия измерений; требования к погрешности
измерений; метод (методы) измерений; требования к средствам
измерений (в том числе к стандартным образцам), вспомогательным
устройствам, материалам, растворам, операции при подготовке к
выполнению измерений; операции при выполнении измерений;
операции обработки и вычисления результатов измерений и другие
требования.

9.

При разработке МВИ одни из основных исходных требований — требования к точности измерений, которые
должны устанавливать, в виде пределов допускаемых
значений характеристик, абсолютную и относительную
погрешности измерений.
Наиболее распространенным способом выражения
требований к точности измерений являются границы
допускаемого интервала, в котором с заданной
вероятностью (Р) должна находиться погрешность
измерений.
Ответственным
этапом
является
оценивание
погрешности измерений путем анализа возможных
источников и составляющих погрешности измерений:
методических составляющих (например, погрешности,
возникающие при отборе и приготовлении проб),
инструментальных составляющих (допустим, погрешности,
вызываемые ограниченной разрешающей способностью
средств измерений); погрешности, вносимые оператором
(субъективные погрешности).